处暑 | “赛博”奠基人，控制论之父诺伯特·维纳

维纳想要借助可能历史上最早，最成功的自动控制系统—船舵的控制来表达自己对于这门学科的认知。当然如果你翻开这本娓娓道来的著作，你就会发现所谓的 cybernetics 所代表的含义要远远地比控制两个字多。它所代表的含义是：动物或者机器的沟通与控制，所局限的研究对象不仅仅是机器，也包括动物，同时其研究兴趣不仅仅在控制也包括了沟通（通讯）。而且更有意思的是，它不仅仅是机器与机器，还包括机器与动物之间的沟通和交流。大家可能会弄混淆控制论（cybernetics）与现代工程理论直至机器人学等处处用到的控制理论（control theory），实际上控制论是一种科学的哲学理论或从一种新的角度来观察世界的系统观点和方法，控制理论则是在这套方法论下形成的一套系统学科。

诺伯特·维纳（Norbert Wiener，1894年11月26日—1964年3月18日），出生于美国密苏里州哥伦比亚，应用数学家，控制论创始人，美国艺术与科学院院士，生前是麻省理工学院荣休教授。维纳提出的控制论是一门与生物和机器相关的通信科学^[2]，对工程、系统控制、计算机科学、生物学、神经科学、哲学和社会组织具有影响。他的工作深远影响了计算机先驱约翰·冯·诺依曼、信息理论家克劳德·香农、人类学家玛格丽特·米德和格雷戈里·贝特森等人。此外，维纳被认为是最早提出所有智能行为都是反馈机制结果的人之一，反馈机制可以由机器模拟，并且是现代人工智能发展的重要早期一步^[3]。

年少时的维纳被评价为神童，三岁半开始读书，生物学和天文学的初级科学读物就成了他在科学方面的启蒙书籍。七岁时，开始深入物理学和生物学的领域，甚至超出了他父亲的知识范围。从达尔文的进化论、金斯利的《自然史》到夏尔科、雅内的精神病学著作，从儒勒·凡尔纳的科学幻想小说到18、19世纪的文学名著等，几乎无所不读。在他10岁时写的一篇论文《无知理论》中，他对“人类宣称自己的知识没有极限的假设”提出异议，认为所有人类知识“都是基于近似值”，并承认“不可能确定任何事情”^[4]。维纳14岁获得数学学士学位，17岁于康奈尔大学哲学系研究生毕业，随后又获得哈佛大学的硕士以及博士学位。

维纳是随机和数学噪声过程的早期研究者，为电子工程、电子通信和控制系统做出了贡献，其引入的维纳度量为布朗运动提供了数学解释，并推动了概率论和随机过程的研究。维纳对布朗运动的数学理论非常感兴趣，证明了许多现在广为人知的结果，例如路径的不可微性。因此，布朗运动的一维版本被命名为维纳过程。它是最著名的列维过程，即具有静止统计独立增量的随机过程，经常出现在纯数学和应用数学、物理学和经济学中。

诺伯特·维纳参与了克劳德·艾尔伍德·香农信息论的开创工作。诺伯特·维纳从直流电路出发来理解和诠释信息论，把消息看作可测事件的时间序列并用统计方法来处理通信问题，在数学上采取平稳随机过程理论及各种变换技术进行研究。他在信息论方面与香农并行工作亦时有合作。他们阐明了信息定量化的原理和方法，用“熵”来定义连续信号的信息量，建立了计算信息量的香农—维纳公式。诺伯特·维纳的开创性工作推动了信息论的创立，并为信息论的应用开辟了较好的前景。但是维纳早期在信息论和信号处理方面的工作仅限于模拟信号，并且随着数字理论的发展，基本上被遗忘了。

第二次世界大战期间，他在高射炮自动瞄准和射击方面的工作使维纳独立于克劳德·香农研究信息论，并发明了维纳滤波器（将信息源建模为随机过程，换句话说，建模为各种噪声的现在标准做法是由于维纳的功劳）。最初，他的防空工作促使他与奥特罗·罗森布鲁（Arturo Rosenblueth）和别格劳（Julian Bigelow）合写了一篇题为《Behavior, purpose and teleology》的文章，该文章发表在《科学哲学》上，其中心思想是：控制行为是一个从原因到目的之间的随机试探和反复调节的曲折过程。这篇哲学文章第一次明确地构思了如何通过反馈来进行科学意义下的控制。随后，他在此期间的工作引导他写出了控制论^[4]。

维纳后来帮助发展了控制论、机器人学、计算机控制和自动化理论。他与约翰·冯·诺依曼讨论了神经元的建模，并在1946年11月的一封信中，冯·诺依曼在与维纳会面之前表达了他的想法。麦卡锡是1948年在加州理工读书时听冯·诺依曼讲维纳的认知和控制论而萌生了研究智能计算的想法，后来自己都表示“人工智能本应叫控制论，也是智能自动化（Automation of Intelligence）”，其实正是上世纪四十年代末到六十年代初流行的“自动智能”“自动计算”思想。

维纳对未来的智能也有着远见，他提到“信息的传播极大提高了人类感觉的阈值......整个世界都被纳入人类的感知范围”，以及避免智能技术“给人类带来负面影响，唯一的答案在于建造这样一个社会，它的基础是人类价值，而不是买卖。”这些观念在人工智能技术蓬勃发展与产品普及的当今都得到应验。

参考文献：

[1] Wiener, Norbert (1948). Cybernetics: Or control and communication in the animal and the machine. Cambridge, Massachusetts: MIT Press.

[2] Wiener, Norbert (June 15, 2018). "The Human Use of Human Beings: Cybernetics pioneer Norbert Wiener on communication, control, and the morality of our machines".

[3] "The Beginnings of AI Research". AI Research. world-information.org. January 11, 2019. Archived from the original on January 11, 2019. Retrieved January 11, 2019.

[4] Conway, Flo; Siegelman, Jim (2005). Dark Hero of the Information Age: in search of Norbert Wiener, the father of cybernetics. New York: Basic Books. ISBN 978-0-7382-0368-3.

文 | 沈昊

图 | 周强